張璧瑩，卜凡亮

（中國人民公安大學(xué)信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，北京 102623）

0 引言

目前，案件現(xiàn)場資料的存放占用較大物理空間，偵查人員對(duì)案件進(jìn)行系統(tǒng)性分析困難，而案件場景全景拼接系統(tǒng)是依托成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合案件場景信息所構(gòu)建的應(yīng)用型系統(tǒng)，方便存儲(chǔ)與分析案件現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。偵查人員通過使用該系統(tǒng)，可快速將獲取的案件現(xiàn)場圖片進(jìn)行全景圖拼接，方便靈活地查看案件現(xiàn)場情況。國內(nèi)對(duì)三維場景重建的研究主要是針對(duì)一般的場景，對(duì)于刑事案件現(xiàn)場的研究還不是很多，國防科技大學(xué)肖力圍繞公安部門現(xiàn)場勘查工作的特點(diǎn)和需求，研究了基于IBR技術(shù)的犯罪案件現(xiàn)場虛擬重建方法，該方法集中研究了生成現(xiàn)場全景圖像的關(guān)鍵技術(shù)，但其未形成一個(gè)系統(tǒng)性的研究成果。

本文根據(jù)偵查人員對(duì)案件現(xiàn)場資料及其應(yīng)用的需求，使用C++程序設(shè)計(jì)語言、MFC（Microsoft Foundation Classes）界面開發(fā)庫、OpenCV（Open Source Computer Vision Library）二維圖形開發(fā)工具和 OpenGL（Open Graphics Library）三維圖形開發(fā)工具，設(shè)計(jì)和開發(fā)出一套方便使用的案件場景全景拼接系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)功能需求

系統(tǒng)功能需求分析是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。為了設(shè)計(jì)出滿足用戶且實(shí)際可用的系統(tǒng)，一開始必須對(duì)系統(tǒng)功能的需求進(jìn)行分析，這個(gè)過程的好壞決定了最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的優(yōu)劣。本文設(shè)計(jì)的案件場景全景拼接系統(tǒng)為應(yīng)用型系統(tǒng)，必須結(jié)合公安工作實(shí)踐，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)便于上手，交互效果良好的系統(tǒng)?？紤]到偵查人員對(duì)計(jì)算機(jī)的熟悉程度互不相同，對(duì)系統(tǒng)交互界面的要求是必須簡易且排列有序，偵查人員無需知道專業(yè)詞匯就能使用該系統(tǒng)。針對(duì)現(xiàn)場采集的照片分為正常照片與魚眼照片兩類現(xiàn)場圖片，可以將案件場景全景拼接系統(tǒng)分為以下幾個(gè)主要功能：

（1）圖像的讀?。和ㄟ^外接接口，偵查人員可將案件現(xiàn)場采集的圖片數(shù)據(jù)傳遞至計(jì)算機(jī)中，該系統(tǒng)可讀取各種格式的圖片信息，并轉(zhuǎn)化成同一類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。

（2）圖像的顯示：圖像的顯示功能包括讀取圖像的顯示和經(jīng)處理后的圖像的顯示，通過圖像顯示功能，偵查人員可得知圖像處理后的效果。

（3）魚眼圖像的校正：針對(duì)現(xiàn)場采集的魚眼圖像，首先要進(jìn)行魚眼圖像的校正，校正的效果決定了圖像拼接的效果。魚眼圖像的桶形畸變嚴(yán)重，利用不同的校正算法校正達(dá)到良好的拼接效果，盡可能保持圖像的垂直不變性。

（4）圖像特征點(diǎn)的檢測與匹配：為了使序列圖像間具有關(guān)聯(lián)性，需檢測待拼接圖像的特征點(diǎn)，根據(jù)檢測出的圖像特征點(diǎn)可得到特征點(diǎn)的描述信息，完成圖像間的匹配，最后得到匹配圖像間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

（5）圖像融合：根據(jù)得到的圖像間轉(zhuǎn)換關(guān)系，即轉(zhuǎn)換矩陣，對(duì)序列圖像的重疊部分進(jìn)行圖像融合，得到平滑過渡的拼接圖像。

1.2 系統(tǒng)性能需求

系統(tǒng)性能需求是指系統(tǒng)在完成功能所耗費(fèi)的時(shí)間、運(yùn)行內(nèi)存、空間占用大小等性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)必須在完成良好的功能時(shí)，不影響系統(tǒng)的其他功能或其他系統(tǒng)的使用。這些性能指標(biāo)決定該系統(tǒng)是否適合投入到實(shí)踐中。本系統(tǒng)的性能需求主要有以下幾個(gè)方面：

（1）一組序列魚眼圖片（3張視角為180度的魚眼圖片，大小為2048×2048）拼接耗時(shí)不超過1分鐘；

（2）拼接出的全景圖片大小為2048×1204，占用磁盤空間內(nèi)存不超過1M。

（3）全景圖像瀏覽功能達(dá)到人眼觀看流暢，不卡頓的效果。

2 系統(tǒng)平臺(tái)搭建

良好的交互界面意味著使用人員可快速上手使用系統(tǒng)，同時(shí)只有簡明易懂的交互界面才具有實(shí)用性。交互界面如圖1所示。利用MFC框架編程語言設(shè)計(jì)系統(tǒng)菜單欄并分割窗口，主窗口分割為資源區(qū)和視圖區(qū)兩部分。菜單欄用于選擇需要完成的相應(yīng)功能，資源區(qū)用于放置相應(yīng)功能對(duì)應(yīng)的對(duì)話框，視圖區(qū)用于顯示圖像和全景圖三維瀏覽。根據(jù)系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的菜單欄選項(xiàng)，其中，模塊的層次化結(jié)構(gòu)決定了菜單欄的層次結(jié)構(gòu)，如圖1中的菜單欄中的魚眼校正項(xiàng)分為載入魚眼圖片、校正選項(xiàng)和圖片另存為選項(xiàng)，校正選項(xiàng)又細(xì)分為經(jīng)度校正、雙經(jīng)度校正和經(jīng)緯矯正。本系統(tǒng)是基于單文檔編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，窗口分割關(guān)鍵代碼如下：

其中，第一個(gè)條件語句的CreateStatic（）函數(shù)是將主窗口分為一行兩列，即兩個(gè)并列的窗口。設(shè)定分割窗口數(shù)量后需要設(shè)定窗口大小，后兩個(gè)條件語句的CreateView（）是將分割后的窗口與視圖進(jìn)行綁定，左邊的資源區(qū)設(shè)定為總面積的1/4，右邊的視圖區(qū)設(shè)定為總面積的3/4。若未能分割成功或綁定成功，則返回FALSE。

圖1

3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果及分析

圖2為全景圖像快速拼接顯示圖，為3張校正后的序列魚眼圖像拼接而成，3張魚眼圖像視角均為180度，圖像兩兩之間存在交叉重復(fù)區(qū)域，可拼接成全景圖像。資源區(qū)中顯示地是圖片快速拼接選項(xiàng)對(duì)話框，選擇圖像融合方法和圖片數(shù)量可進(jìn)行圖像拼接，快速拼接后的圖像顯示在視圖區(qū)，同樣在圖片頂上有文字說明。

圖2

圖3為全景圖瀏覽顯示圖及案件信息載入對(duì)話框，在菜單欄中選擇全景顯示可360度瀏覽全景圖，再載入相應(yīng)的案件信息，可整體分析案件的概況。其中圖2瀏覽全景圖時(shí)，視角轉(zhuǎn)換整體流暢，滿足系統(tǒng)性能要求。

圖3

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)使用方便、功能多樣的案件場景全景拼接系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和不斷深入，公安信息化和數(shù)字化工作也開始進(jìn)一步發(fā)展，案件現(xiàn)場重建技術(shù)的實(shí)現(xiàn)能減少傳統(tǒng)存儲(chǔ)案件信息的時(shí)間和空間需求，加強(qiáng)整個(gè)案件的系統(tǒng)性分析，二次開發(fā)下還可以在該系統(tǒng)中添加其他需要的功能，如添加物證信息等，這將給偵查人員帶來前所未有的便捷。

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